Правильная обвязка винтовых свай

Обвязка (ростверк) превращает отдельно стоящие винтовые опоры в единую силовую конструкцию. Без этого этапа фундаменты не могут гарантировать устойчивость к горизонтальным сдвигам грунта. Задача ростверка — равномерно распределить точечные нагрузки от стен здания на все сваи.

Технология обвязки определяется материалом строения и несущей способностью свай. Учитывают также тип грунта на участке и требования СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты». Это актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85, обязательная к применению при проектировании. Для легких построек из газобетона требования к жесткости ростверка особенно высоки — например, при строительстве дома из пеноблока необходимо исключить даже минимальные подвижки фундамента.

Функции ростверка в свайно-винтовом фундаменте

Основная задача обвязки — связать оголовки свай в жесткую пространственную систему. Элементы конструкции исключают риск опрокидывания отдельной опоры под воздействием сил морозного пучения. Для пучинистых грунтов нормативное давление пучения достигает 12 т/м².

Ростверк компенсирует боковые нагрузки ветра. Для средней полосы РФ нормативное ветровое давление составляет 230 Па. Без обвязки каждая свая работала бы самостоятельно и могла отклониться от вертикали.

Конструкция принимает на себя неравномерность осадки. Даже при идеальном погружении характеристики грунта в слоях отличаются. Расчетное сопротивление песчаных грунтов варьируется от 200 до 600 кПа, глинистых — от 100 до 450 кПа. Разброс зависит от пористости и влажности.

Обвязка служит опорной поверхностью для возведения стен. Для каркасных построек и домов из бруса она является основой нижней обвязки. Нагрузка на фундамент в таких зданиях составляет 3–5 т/м². При устройстве цокольного перекрытия ростверк принимает лаги пола с шагом 500–600 мм.

Выбор материала: металл или дерево

Выбор материала диктуется конструктивом здания и проектными нагрузками. Универсального решения не существует. Каждый вариант имеет ограничения по применению, установленные СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».

Обвязка профилированной трубой

Металлическая обвязка создает жесткую конструкцию с модулем упругости 210 000 МПа. Сталь работает на изгиб в 20 раз эффективнее древесины. Металлический ростверк применяют при поднятии над грунтом на 400–600 мм. Для типовых решений используют сваи диаметром 89 мм, рассчитанные на нагрузки до 4 т — подробные характеристики доступны в разделе каталога винтовых свай.

Для обвязки используют трубы квадратного или прямоугольного сечения по ГОСТ 30245-2003. Типоразмеры подбирают расчетным путем. Для хозпостроек до 20 м² достаточно трубы 40×40×2 мм. Для жилых домов до 150 м² применяют профиль 60×40×3 мм или 80×80×4 мм. Шаг свай при этом не должен превышать 2,5 м.

Соединение производят сваркой электродами Э42 или Э46 по ГОСТ 9467-75. После сварки швы зачищают и наносят грунт-эмаль по металлу толщиной не менее 120 мкм. Металлический ростверк позволяет создать единую заземляющую шину с сопротивлением растеканию тока не более 10 Ом, что соответствует требованиям ПУЭ (п. 1.7.103).

Обвязка из деревянного бруса

Древесина — технологичный материал для каркасных и деревянных домов с нагрузкой на фундамент до 3 т/м.п. Основное преимущество — крепление стен саморезами или гвоздями без сварных работ. Для обвязки используют брус сечением 150×150 мм для пролетов до 2 м и 200×200 мм для пролетов 2,5–3 м.

Материал — сосна или ель не ниже 2-го сорта по ГОСТ 8486-86. Критическое требование к древесине — влажность. Использование материала естественной влажности (более 25%) приводит к геометрическим изменениям. Усушка сосны вдоль волокон составляет 0,1–0,3%, поперек — 3–6%. Это вызывает кручение бруса и появление щелей. Для ответственных узлов необходима камерная сушка до влажности 12±2%.

Места контакта дерева с металлическим оголовником изолируют. Гидроизоляция из двух слоев рубероида РКП-350 или наплавляемого материала толщиной 2,5 мм предотвращает гниение в зоне конденсата. Конденсат образуется при разнице температур металла и дерева более 15°C.

Антисептирование древесины производят составами с расходом 200–250 г/м². Для внутренних работ применяют составы на водной основе, для наружных — на органических растворителях. Срок службы защиты составляет 25–30 лет при отсутствии капиллярного подсоса.

Сравнительная таблица материалов для обвязки

Технология монтажа обвязки по металлическим оголовкам

Процесс начинается с контроля высотных отметок. Все сваи срезают в одной горизонтальной плоскости. Допустимое отклонение по СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» — не более 5 мм на всю длину фундамента и не более 3 мм на 2 м длины. При превышении этих значений обвязка ляжет с перекосом.

На оголовки надевают и приваривают площадки (оголовники) из листовой стали толщиной 8–10 мм. Размер оголовника должен превышать сечение обвязки на 30–40 мм для удобства позиционирования. Для деревянного бруса в оголовнике сверлят отверстия диаметром 14 мм под шпильки М12. Для металлического ростверка оголовник служит опорной пластиной без отверстий.

При монтаже металлической обвязки трубу приваривают по периметру и внутренним перемычкам. Шаг сварных швов — 200–300 мм, длина каждого шва — 50–70 мм. Швы выполняют сплошными катетом 4–5 мм, чтобы обеспечить герметичность полости трубы. После сварки швы зачищают до металлического блеска и грунтуют цинконаполненным составом (не менее 80% цинка в сухой пленке).

Для установки деревянной обвязки брус запиливают «в полдерева» или «в лапу» в углах и местах стыков. Глубина врубки — 0,5 высоты бруса, но не менее 75 мм. Крепление к оголовнику производят снизу через опорную пластину глухарями 10×100 мм или шпильками М12. Шпильки проходят сквозь брус насквозь и стягиваются гайками с шайбами. Шаг крепления — не более 600 мм.

Частые ошибки и риски при обвязке

Пренебрежение контролем геометрии на этапе подготовки свай ведет к последствиям. Если одна свая стоит ниже проектной отметки на 15 мм и более, обвязка над ней «повисает». Нагрузка на грунт под этой сваей становится нулевой. Нагрузка перераспределяется на соседние сваи с коэффициентом 1,3–1,5, что вызывает их просадку до 30 мм в год.

Экономия на гидроизоляции между металлом и деревом ведет к гниению древесины через 3–5 лет. Диффузия влаги через торец бруса составляет 0,5–1,5% в месяц. При контакте с холодным металлом на границе раздела выпадает конденсат до 50 г/м² в сутки. Прокладка из рубероида или изоспана в два слоя обязательна.

Использование половой доски 50×150 мм вместо бруса — распространенная ошибка. Сдвоенная доска работает на изгиб хуже цельного бруса на 30–40% из-за сдвига в плоскости сплачивания. Момент инерции составного сечения на гвоздях снижается в 1,5–2 раза по сравнению с монолитным. Для строений с несущими стенами это недопустимо.

Сварка при температуре ниже –10°C без подогрева кромок до 150–200°C приводит к появлению микротрещин. Твердость металла в зоне термического влияния повышается до 350 HV вместо 150 HV. Сварка в сырую погоду (влажность выше 80%) без защиты дает пористость шва до 15% объема. Прочность соединения снижается на 40–60%.

Расчет и нормативные требования

Сечение обвязки не выбирают «на глаз». Для металлического ростверка расчеты ведут по первой и второй группам предельных состояний согласно СП 16.13330.2017. При шаге свай 2,5 м и нагрузке 2 т/м.п. требуемый момент сопротивления профиля составляет не менее 22 см³. Этому соответствует труба 80×80×4 мм (Wx = 26,8 см³).

Для деревянных элементов руководствуются СП 64.13330.2017. В местах опирания на сваю возникают напряжения смятия поперек волокон. Для сосны расчетное сопротивление смятию Rcм90 = 1,8 МПа. При нагрузке 2 т на опору минимальная площадь опирания бруса должна составлять 20 000 Н / 1,8 Н/мм² = 11 111 мм². При ширине бруса 150 мм длина площадки опирания должна быть не менее 75 мм.

Для регионов с сейсмичностью 7 баллов и выше (СП 14.13330.2018) требования к связям ужесточаются. Шаг крепления обвязки к сваям уменьшают на 25%. Сварные швы выполняют сплошными по всему периметру. Болтовые соединения контрят.

Для пучинистых грунтов (показатель пучинистости более 0,01) вертикальные перемещения свай при промерзании достигают 50–80 мм. В местах примыкания отмостки к цоколю устраивают деформационные зазоры.

Особенности обвязки при высоком ростверке

Высокий ростверк — сваи подняты над грунтом на 400 мм и более. Такая конструкция требует усиления из-за увеличения плеча рычага. Нормативная ветровая нагрузка для I ветрового района — 230 Па. Для стены высотой 3 м и длиной 6 м суммарная боковая нагрузка составляет 230 × (3×6) = 4140 Н.

При поднятии более 500 мм устанавливают диагональную обрешетку или укосины в углах. Укосины ставят под углом 45–60° из бруса 100×100 мм или профильной трубы 60×30 мм. Они снижают горизонтальные перемещения верха свай с 25–30 мм до 5–7 мм (расчет по программам SCAD или Лира).

При высоком ростверке пространство под домом защищают от продувания. Цоколь крепят к обвязке или к направляющим из оцинкованного профиля ПС-100. В цоколе оставляют продухи суммарной площадью не менее 1/400 площади подполья (СП 54.13330.2016 п. 9.12). Для дома 10×10 м требуется не менее 0,25 м² вентиляционных отверстий.

Проверка качества и приемка работ

Горизонтальность обвязки проверяют нивелиром или лазерным уровнем. Отклонение не должно превышать 3 мм на 2 м длины (п. 5.12.6 СП 70.13330.2012). Общая разность отметок по длине фундамента — не более 10 мм.

Качество сварных швов проверяют визуально. При необходимости применяют ультразвуковую дефектоскопию по ГОСТ 14782-86. Недопустимы: трещины любой длины, подрезы основного металла глубже 0,5 мм, незаваренные кратеры, свищи, наплывы. Сплошность шва проверяют керосином — при смачивании одной стороны меловым раствором на обратной стороне не должно появляться масляных пятен в течение 30 минут.

В деревянной обвязке проверяют плотность прилегания щупом. Зазоры между брусом и оголовником, в замках сопряжений более 1 мм недопустимы. Болтовые соединения затягивают динамометрическим ключом. Для шпилек М12 момент затяжки — 60–70 Н·м. Каждое соединение маркируют после контроля.

Заключение

Правильная обвязка винтовых свай — это создание жесткого пространственного каркаса, способного выдерживать проектные нагрузки весь срок эксплуатации. Нормативный срок службы металлических свай — 60–80 лет. Деревянная обвязка служит 25–30 лет с последующей заменой.

Выбор материала должен опираться на расчеты. Для каменных домов и высоких цоколей применяют только металл с несущей способностью до 10 т/м.п. Для деревянных и каркасных строений используют брус камерной сушки.

Соблюдение геометрии в пределах допусков — не более 5 мм на 10 м. Защита материалов: антикоррозийная грунтовка толщиной 120 мкм для металла, антисептик с расходом 250 г/м² для дерева. Точное следование технологии монтажа гарантирует надежность фундамента на весь срок службы здания.